布仑口—公格尔水电站发电引水隧洞高地温洞段爆破技术研究

时间：2024-07-28

陈蕾，袁媛

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

布仑口—公格尔水电站位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内的盖孜河流域中游河段，电站总装机容量110 MW，发电引水隧洞总长约18 km，2´#、3#和4#施工支洞在2008年6月的掘进过程中，分别发现高地温的问题，其中2´#和3#施工支洞的温度比4#施工支洞高。

发电引水隧洞发现高地温洞段的围岩岩性为云母石英片岩夹有石墨片岩，该洞段有一条大致平行发电引水隧洞的F2断层，有石墨片岩沿F2断层走向呈窄条带状分布，条带宽5～10 m，由于石墨的高导热性，使地壳深部热源热量沿F2不断被传导至地表浅层，形成局部高地温现象。初步分析认为发电引水隧洞主洞桩号K2+680 m～K6+779 m段为高地温洞段，该段开挖断面为圆形，开挖直径为4.6～5.0 m，洞底高程 3 258.6 m ～3 238.1 m。

高地温洞段施工利用河流夏季水温12℃、冬季2℃的低温河水有利条件，采用以通风为主，辅助低温冷水综合降温技术(采用直接用水泵将河水输送至设在掘进工作面的空气冷却器)，使开挖掘进面环境温度降到28℃以下，满足了地下工程施工对环境温度的要求，但是围岩内部的温度依然很高，影响了爆破材料在炮孔内的结构性能，致使爆破材料感度提高，可能导致在温度超过爆炸材料的临界温度时爆炸事故的发生或者使拒爆率提高，给爆破安全工作带来严重威胁。高温条件下的爆破工作，已成为影响该水电站引水隧洞能否安全掘进和如期完成的重要因素。

2 掘进作业面温度测试

2´#和3#施工支洞内的温度相对较高，选择这两个施工支洞进行掘进作业面的温度测试。2´#施工支洞内温度测量使用的水银温度计，洞环境温度为38～67℃、炮孔底部温度为58～82℃。在3#施工支洞掘进工作面分别选取上、下、左、右和中间的炮眼进行温度测试，炮孔深度约为2.2 m，间距30 cm，温度测量仪器采用热电偶，炮眼孔底温度测试结果为82～91℃。

3 爆破器材耐温性能室内试验

试验主要目的是检测发电引水隧洞高温掘进作业中使用常规爆破器材的安全性和可靠性、以及爆破器材可达到的最大耐温性能参数。

用于试验的爆破器材:瞬发电雷管、煤矿许用电雷管、s/2延期电雷管、ms延期电雷管、塑料导爆管、导爆管雷管、2#岩石乳化炸药。

试验方法:用恒温箱创造高温环境，分别将炸药、雷管、塑料导爆管等试验样品置于恒温箱中加热到一定温度，保温一段时间后，取出样品，观察外观，并测试样品性能参数。为保护恒温箱，将雷管、炸药等爆破器材装入用钢管自制的防爆筒内，然后再放入恒温箱加热。

爆破器材耐温性能试验结果:爆破器材的耐温性能远高于爆破安全规程规定的使用条件。就试验的样品而言，在敞开的空间中，120℃的高温环境下，样品不会发生自燃或自爆现象。试验用的8#瞬发电雷管、s/2延期电雷管和ms延期电雷管在100℃时，性能变化很小，可正常使用;导爆管雷管的耐温性能受导爆管和卡口塞的影响，使用温度不宜超过80℃，若能提高导爆管和卡口塞的耐温性能，其耐温性能尚可提高。2#岩石乳化炸药在90℃的环境下外观和性能均未发生改变，100℃时外观开始改变，但性能变化不大。

4 现场试验

4.1 炮眼降温试验

选取3#支洞掘进工作面上炮眼孔底温度最高(91℃)的炮眼，用水进行降温试验。降温时将水管伸入炮眼底，以确保整个炮眼降温。注水降温的时间为2 min左右，降温后马上将热电偶伸入炮眼底部测量孔底温度，然后将热电偶保持在炮眼底部，测量温度上升情况。从测量结果可看出，用水对炮眼进行降温，虽然可将炮眼的温度降下来，但很短的时间内(约10 min)温度就会复原。由于作业面共有45个炮孔，全部装药时间约为45 min，因此，单孔降温措施对炮孔降温效果不佳，宜采取多孔同步降温措施。注水降温后孔底温度变化见表1。

表1 注水降温后的炮孔温度随时间变化测量结果

4.2 孔内炸药温升试验

将热电偶埋入1筒炸药的中间，送入温度最高的炮眼孔底，其温度变化情况可看出，炸药中间的温度要低于岩石的温度，这是因为炸药的包装纸具有一定的隔热作用。炮孔底部炸药内部温度变化见表2。

表2 炮孔底部炸药内部温度随时间变化测量结果

6 高温洞段爆破安全技术措施

根据前面的实验结果，按作业面温度分为3个区域，即孔内温度为60～80℃的自爆安全区、孔内温度为80～120℃的自爆警戒区和孔底温度高于120℃的自爆危险区;针对不同的区域提出相应的爆破安全技术措施。

6.1 自爆安全区的爆破安全技术措施

1)爆前应加强通风，并采取喷雾洒水、清洗炮孔等降温措施;

2)爆破前必须测定工作面与孔内温度，测温方法可选用:热电偶和电位差计测温或数字温度仪测温，测温器材应经常标定。测温时，必须测得孔温的稳定值和最高值，以保证侧温结果的可靠性。

3)可以采用乳化炸药、2#岩石膨化硝铵炸药，但必须应用沥青牛皮纸将炸药包装完好，并不应与孔壁接触，从向孔内装药至起爆的相隔时间≤1 h;

4)填塞炮泥，应待全部炮孔装药完毕后，以最短的时间填塞炮孔，且炮泥不含硫化矿物;

5)应采用孔口起爆方式;

6)出现盲炮就由爆破工程技术人员处理，其它人员应全部撤离。

6.2 自爆警戒区的爆破安全技术措施

1)爆前应加强通风，并采取喷雾洒水等降温措施;可采用往工作面喷射冰水降温或采用 HPSCC—50型矿用高压组合式空冷器进行强制通风降温;

2)装药前应采取多孔同步淋水降温措施，淋水降温时间≥30 min;

3)爆破前必须测定工作面与孔内温度，测温方法可选用:热电偶和电位差计测温或数字温度仪测温，测温器材应经常标定。测温时，必须测得孔温的稳定值和最高值，以保证测温结果的可靠性。如出现异常，应中止爆破作业，并报爆破工程技术人员。

4)装药前爆破作业面附近的非爆破工作人员应全部撤离;

5)不应使用硝铵炸药、铵油炸药、铵松蜡和铵沥蜡炸药，应使用2#岩石乳化炸药，并用石棉织物或其他绝热材料严密包装炸药;

6)孔内不准装雷管，可采用防热处理的黑索金导爆索起爆;

7)装药时，应按从低温孔到高温孔，从易装孔到难装孔的顺序装药;

8)装药过程中加强安全监测

通常炸药装入炮孔底药温上升到孔温为止，若超过孔温意味着炸药产生了明显的热分解，或者包装破裂，有自燃、自爆危险。为及时掌握装药中炸药的温升情况，必须进行安全监测。其方法是将热电偶置于炮孔的炸药内，通过补偿导线连接在安全地点的测温仪器观察，记录装药过程中的炸药温度变化情况，监测炮孔中装药时，热电偶放置在有隔离包装的炸药内，并保证包装的密封性。

装药时，发现炮孔逸出棕色浓烟等异常现象时，应立即报告爆破指挥人员，迅速组织撤离。

9)填塞炮泥，应待全部炮孔装药完毕后，以最短的时间填塞炮孔，且炮泥不含硫化矿物;

10)从向孔内装药至起爆的时间≤1 h;

11)出现盲炮须由爆破工程技术人员处理，其它人员应全部撤离。